设计师钻石有朝一日可以帮助建立量子互联网

一种新型的人造钻石是量子记忆的其余部分。

与其他合成钻石不同，新钻石既可以存储量子信息很长时间，也可以清楚地传输，但新钻石可以兼得。这种设计师水晶，在7月6日的科学中描述，可能是量子互联网的关键组成部分。这样一个未来主义的通信网络将允许人们发送超级固定消息并连接世界各地的量子计算机。

合成金刚石可以作为量子存储，这要归功于其碳晶格中的一种缺陷，其中两个相邻的碳原子被一个非碳原子和一个空的空间取代。该配对表现出称为自旋的量子特性，其可以处于“向上”状态，“向下”状态或两者同时处于“向上”状态。这些状态中的每一个都反映了一些量子数据或量子位，其可以是一次为1,0或两者。钻石通过光纤粒子或光子编码来传输量子比特，这些粒子穿过光纤电缆。

存储Qubit的金刚石缺陷通常由氮原子制成，这可以存储量子数据毫秒 - 在量子领域相对较长的时间。但氮缺陷无法清楚地传达这些数据。它们在很宽的频率范围内发射出轻微的粒子，这会混淆写入光子的量子信息。

普林斯顿大学的电气工程师Nathalie de Leon解释说，硅原子产生的缺陷会更精确地发光，但由于它们与附近的粒子发生电相互作用，直到现在还无法存储量子比特超过几纳秒。

De Leon及其同事通过在注入硼的钻石中锻造硅缺陷来解决这个问题。这种额外的化学成分可以保护细微的硅缺陷免受与附近颗粒的电相互作用，从而扩展缺陷的量子记忆。注入硼的晶体几乎可以与氮缺陷的长期量子记忆相媲美，存储量子位大约一毫秒。它提供了一个干净的光子读数，以完全相同的频率发射约90%的光子 - 相比之下只有3%的光子被氮缺陷吐出。

哈佛大学的应用物理学家和电气工程师Evelyn Hu表示，调整硅缺陷的环境是“极其创造性的方式”，以帮助更好地控制量子比特。

芝加哥大学的物理学家和量子工程师David Awschalom表示，这种新型人造金刚石可用于构建称为长距离量子通信量子中继器的设备，但他没有参与这项工作。带有Qubit的光子在信号被扰乱之前只能通过光纤传播大约100公里。捕获，存储和重新发射光子的量子中继器可以作为光纤电缆之间的垫脚石，以扩展未来网络的范围。

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